[发明专利]一种燃料电池系统用空压机的故障诊断及保护系统

说明书

一种燃料电池系统用空压机的故障诊断及保护系统，包括：控制器、高速电机和压气机，控制器具有电压转换电路、采样电路、主控制芯片以及故障诊断模块，采样电路包括电源电压采样电路、电机相电流采样电路、母线电压采样电路，主控制芯片具有一ADC采样模块，电压转换电路、采样电路与ADC采样模块连接，故障诊断模块与主控制芯片连接，故障诊断模块根据故障的触发时机和重要程度，将故障分类为预警故障、一类故障、二类故障和三类故障。本发明能够对燃料电池系统用空压机进行全面的状态监控及保护，能够根据工作状态做出降额、预警或者停机处理，提高了状态监测的准确性和全面性，进一步提高了整个燃料电池系统的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及压缩机技术和永磁同步电机控制技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统用空压机的故障诊断及保护系统。

背景技术

在燃料能源紧张、污染加剧的背景压力下，全球都在积极推进节能减排、发展新能源，燃料电池汽车以零污染、可再生、续航足的优势，逐渐成为新能源汽车的一个重要发展方向。燃料电池系统中的氧气供给系统具有重要作用，可靠、稳定、高效的氧气供给可以使得燃料电池系统充分发挥性能，提高整体能源利用效率，而氧气供给系统的主要部分就是空压机控制系统，也属于燃料电池系统中的关键技术。

常规变频器可以驱动电机转速在10000 rpm/min以内，转速较低，并且故障诊断机制不完全适应燃料电池空压机控制系统，只具备常规的电源电压和电机异常情况处理机制，因此常规变频器无法直接应用到燃料电池空压机控制系统中。

通常燃料电池用空压机的电机转速会在60000 rpm/min以上，控制器内部结构复杂，配置的传感器多，空压机控制系统具有电源高压、控制器高频、电机高转速、传感器多等特点，一套齐备、可靠的故障诊断及保护系统显得尤为重要。

一套具有实时监控、功能全面的故障诊断及保护系统，需要覆盖系统的所有关键部件，并且包含振动、温度、流量、压力等各个状态信息，从而为汽车总控系统提供全面而准确的信息，保证整车系统稳定运行。

发明内容

本发明提供一种燃料电池系统用空压机的故障诊断及保护系统，用以对燃料电池系统用空压机进行全面的状态监控及保护。

为达到上述目的，本发明提供了一种燃料电池系统用空压机的故障诊断及保护系统，其包括：控制器、高速电机和压气机，高速电机和压气机均与控制器连接，高速电机为永磁同步电机且转速高于100000 rpm/min，一直流电源与控制器高压直流连接，控制器与高速电机、压气机之间的连接为高压交流连接、弱电信号连接和水路管道连接，压气机与外部之间的连接为气路连接，控制器的输出频率高于2000Hz，控制器用于对数据进行解析和判断，实时监测空压机的运行状态，其中：

控制器具有电压转换电路、采样电路、主控制芯片以及故障诊断模块，采样电路包括电源电压采样电路、电机相电流采样电路、母线电压采样电路，主控制芯片具有一ADC采样模块，电压转换电路、采样电路与ADC采样模块连接，故障诊断模块与主控制芯片连接，电机相电流采样电路用于采集高速电机的相电流，电源电压采样电路用于采集直流电源的电压，控制器依据永磁同步电机的数学模型，采用滑模观测器算法推导出电机转子位置和电机速度，

高速电机的冷却水进水口处、冷却水出水口处分别安装一温度传感器，以分别采集冷却水进水温度和冷却水出水温度，冷却水进水口处进一步安装一液体流量计，以采集冷却水进水流量，高速电机内部定子绕组的相线和中性点处分别安装一温度传感器，以分别采集定子绕组相线温度和定子绕组中性点温度，高速电机的壳体前端和壳体中部位置分别安装一振动传感器，以分别采集壳体前端振动量和壳体中部振动量，

压气机包括叶轮和蜗壳，压气机的进气口、出气口分别安装一温度传感器、一压力传感器以及一气体流量计，以采集进气口空气温度、进气口空气压力、进气口空气流量、出气口空气温度、出气口空气压力以及出气口空气流量，